由于无土栽培在水肥管理及病害控制等方面的优势，其在花卉及蔬菜栽培中应用越来越广泛，其中又以基质栽培为主要形式。而传统的草炭（又名“泥炭”）、蛭石等无土栽培基质均为不可再生资源^[1]。开发不破坏生态环境、易于获取、栽培效果好的可再生基质极为必要^[2]。

生物质炭是由农业有机废弃物在缺氧条件下热裂解得到的固态产物，其具有孔隙丰富、比表面积大、吸附能力强的特点，能够有效吸持水分及养分，具备作为栽培基质的特征。前人已经对生物质炭作为粮食及蔬菜作物的栽培基质进行了研究^[3-5]。有研究发现基质中生物质炭与泥炭的比例为2:3时，能促进西瓜幼苗生长，且效果优于单一泥炭基质^[6]。2/3生物质炭+1/3耕层土壤的育苗基质可作为烤烟育苗的新基质，能达到烤烟培苗壮苗的要求，可显著提高烟苗素质^[7]。基质添加适量生物质炭可以增加基质孔隙度，降低基质容重，增加基质保水性及养分含量，相较于传统栽培基质，其理化性质有所改善^[8]。但也有研究表明，6%的生物质炭替代泥炭能够促进铁皮石斛萌芽，但其成活率较低^[9]。目前生物质炭替代草炭用作粮食、蔬菜及中药栽培基质均有一定效果，但其作为基质主成分用于花卉栽培的研究鲜有报道。本研究以凤仙花为供试作物，研究生物质炭混配草炭为栽培基质对凤仙花生长及形态的影响，并分析不同混配比例下基质的化学性质，以期为减少草炭消耗、筛选最佳生物质炭替代比例、生产优质高效的花卉栽培基质提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

试验采用盆栽方式，于2017年8月15日—10月30日在山东农业大学土肥资源高效利用国家工程实验室南校区试验站日光温室进行。试验选用13 cm× 13 cm的塑料花盆，每盆装基质800 g，每盆播种4~6粒凤仙花种，出苗7 d后间苗，每盆留一株长势相近的凤仙花幼苗，生育期每日浇水500 mL，为更好观察基质自身性质对花卉生长的影响，本试验期间未额外添加任何养分。供试凤仙花品种为粉煦茶花凤仙（Impatiens balsamina L.），生长适宜温度为18~40 ℃，种子发芽需6~15 d。

供试草炭购自山东省泰安市花卉市场；供试生物质炭为利用自主设计的生产设备在缺氧条件下经热裂解炭化而成的玉米秸秆炭。供试基质基本理化性质见表 1。

1.2 试验设计

试验共设6个处理，每个处理设置4个重复。具体混配比例如表 2所示。

1.3 测定项目与方法

基质有效磷含量（风干基质样品）用0.5 mol·L^-1的碳酸氢钠浸提，采用全自动间断化学分析仪（Smart 200）测定；基质速效钾含量用1 mol·^-1醋酸铵浸提，火焰光度法测定；基质无机氮含量用0.01 mol·^-1的CaCl₂浸提（水土比10:1），浸提液中NO₃^--N和NH₄⁺-N含量采用连续流动注射分析仪（SEAL，AA3，德国）测定；基质pH用PHSJ-3F型pH计进行测定（水土比2.5:1）；基质全氮、全磷分别按土化分析方法消煮后采用全自动间断化学分析仪（Smart 200）测定^[10]。

分别于凤仙花苗期、生长期、开花期及成熟期采用SPAD仪测定植株绿度，用卷尺测定植株株高，用游标卡尺测定植株成熟期茎粗。于2017年9月30日（播种后46 d）开始计录植株开花数目，每5 d记录一次。于2017年10月30日（播种后77 d）收获植株，立即测定植株鲜质量，然后将植株置于烘箱中105 ℃杀青1 h，将温度调制65 ℃烘干至恒重，取出测定干质量。植株磨细过筛后，用凯氏定氮法测定植株氮含量，用全自动间断化学分析仪（Smart 200）测定植株磷含量，火焰分光光度法测定植株钾含量。

1.4 数据统计分析

用Microsoft Excel 2003软件对数据进行预处理及制图，用SAS 8.0进行方差分析及差异显著性检验（邓肯法α=0.05）。

2 结果与分析 2.1 不同生物质炭与草炭配比对基质化学性质的影响

不同生物炭与草炭配比基质化学性质表现出差异（表 3）。基质pH随生物质炭添加量增加而逐渐升高，生物质炭与草炭混配的基质均呈中性或弱碱性，单一草炭基质呈弱酸性，单一生物质炭基质pH则高达9.05，呈碱性，处理B1P4、B2P3、B3P2和B4P1的pH分别较单一草炭基质提高20.65%、18.76%、26.33%和34.77%，且差异均达显著水平（P＜0.05）。添加生物质炭后，基质硝态氮和铵态氮含量也较单一草炭基质有所提高，但差异未达显著水平。基质速效钾含量随生物质炭添加量增加呈下降趋势，处理B2P3、B3P2和B4P1速效钾含量分别较单一草炭基质下降24.05%、31.54%和32.20%，且差异均达显著水平（P＜0.05），处理B1P4速效钾含量虽较单一草炭基质有所下降，但差异未达显著水平。不同生物质炭与草炭配比基质有效磷含量差异较大，其中处理B1P4有效磷含量最高，较单一草炭基质增加了28.58%，且差异达显著水平（P＜0.05）。基质全氮及全磷含量随生物质炭添加量增加呈下降趋势，处理B2P3、B3P2和B4P1全氮分别较单一草炭基质下降22.04%、33.87%和45.78%，处理B3P2和B4P1全磷含量分别较单一草炭基质下降15.89%和21.03%，且差异均达显著水平（P＜0.05）。处理B1P4全氮及全磷含量也较单一草炭基质略有下降，但差异未达显著水平。

2.2 不同生物质炭与草炭配比对凤仙花形态指标的影响 2.2.1 不同基质配比对凤仙花株高和茎粗的影响

从表 4可知，整个生育期内，各生物质炭与草炭混配处理凤仙花株高均高于单一草炭处理，在苗期和生长期随基质中生物质炭添加量增加凤仙花株高未表现出明显规律，开花期及成熟期随基质中生物质炭添加量增大凤仙花株高呈先上升后下降趋势，其中处理B1P4株高在各时期（苗期、生长期、开花期和成熟期）较单一草炭基质处理分别提高42.39%、81.83%、23.66%和24.72%（表 4）。其他处理成熟期株高与单一草炭及单一生物质炭基质处理相比，差异未达显著水平。说明生物质炭混配草炭作为栽培基质，对凤仙花株高有促进作用，且生物质炭与草炭混配比例为1:4时，效果最显著。生物质炭与草炭混配处理凤仙花成熟期茎粗较单一草炭显著增加，处理B1P4、B2P3、B3P2、B4P1凤仙花茎粗较单一草炭基质分别增加32.71%、47.71%、54.58%、43.02%，且差异达显著水平（P＜0.05）。说明生物质炭混配草炭能够有效增加凤仙花成熟期茎粗，且生物质炭与草炭混配比例为3:2时效果最显著。

2.2.2 不同基质配比下凤仙花SPAD值动态变化

植物叶片叶绿素含量与SPAD值呈正相关关系。苗期及生长期凤仙花叶片SPAD值随基质中生物质炭添加量增大呈下降趋势，但开花期及成熟期该值随基质中生物质炭添加量增大呈先上升后下降趋势（表 5）。与单一草炭基质相比，处理B1P4、B2P3、B3P2、B4P1的凤仙花叶片SPAD值在整个生育期内未表现出显著差异。处理B4P1及B5P0凤仙花叶片SPAD值在整个生育期都比较低，说明生物炭添加量过高会影响凤仙花叶片叶绿素含量。凤仙花生长后期处理B1P4叶片SPAD值均处于最高水平，说明适量生物质炭混配草炭，能够有效延缓叶片失绿。

2.2.3 不同基质配比下凤仙花开花数动态变化

开花动态是反映花卉观赏价值的重要指标之一。不同生物质炭与草炭混配比例下的凤仙花开花时间及花朵数量也有差异（表 6）。处理B1P4、B2P3、B3P2开花数总体上高于单一草炭基质处理，但差异未达显著水平。处理B1P4、B2P3、B3P2花朵衰败速度比单一草炭基质处理缓慢。处理B2P3开花数量最多，整个花期分别较单一草炭基质处理增加21.05%~ 133.33%，且在后期差异达显著水平。说明生物质炭与草炭以1:4、2:3、3:2的比例进行混配时，能够显著增加凤仙开花数目并能有效延长花期，其中以生物质炭与草炭混配比例为2:3时效果最为显著。

2.3 不同生物质炭与草炭配比对凤仙花生物量的影响

生物质炭混配草炭能够显著增加凤仙花生物量（图 1）。所有处理凤仙花生物量由高到低为B2P3> B3P2>B1P4>B4P1>B5P0>B0P5，其中处理B2P3凤仙花生物量最高，地上部鲜质量为51.72 g·株^-1，干质量为16.23 g·株^-1，鲜质量较单一草炭基质处理增加99.69%，干质量增加179.35%，且差异达显著水平。处理B1P4、B2P3、B3P2凤仙花生物量差异未达显著水平，说明生物质炭与草炭混配能够有效增加凤仙花生物量，且混配比例为2:3时效果最显著。

2.4 不同生物质炭与草炭配比对凤仙花植株养分吸收的影响

不同生物质炭与草炭配比基质下凤仙花植株养分含量有所差异（表 7）。植株氮、磷、钾含量随生物炭添加量增加呈下降趋势，其中处理B0P5植株氮含量为12.31 g·kg^-1、磷含量为2.92 g·kg^-1、钾含量为20.97 g·kg^-1。处理B2P3、B3P2、B4P1、B5P0植株氮含量较单一草炭基质处理下降53.21%、20.71%、36.07%、57.84%，磷含量下降67.81%、48.97%、58.22%、70.21%，钾含量下降46.69%、43.35%、2.43%、34.14%。处理B1P4凤仙花植株氮、磷、钾含量与单一草炭基质处理均没有显著差异，各处理间植株钾含量未见显著差异。

3 讨论

土壤酸碱性可以通过影响花青苷的积累，从而影响花色，对花卉观赏价值具有重要作用^[11]。吲哚乙酸是一种可以促进作物生长的激素，呈酸性，故碱性环境会抑制吲哚乙酸发挥作用^[12]。土壤pH值过低容易导致果树发生缺钙等生理病害，从而影响果实品质及产量^[13]。单一生物质炭作为栽培基质其pH较高，可以通过用水淋洗或与酸性物料混配等手段来降低其pH，使基质pH处于中性水平。前人研究也表明，发酵玉米芯pH较高，但通过与蛭石、草炭等物料配施，pH得到明显改善，具备黄瓜育苗基质的基本潜力^[14]。单一草炭基质呈酸性，本文通过生物质炭与草炭混配的方法来调节基质pH，有效改善了基质酸碱环境，有利于作物生长，提高了花卉观赏价值。养分水平是影响作物生长发育的关键因素。土壤速效养分含量的增加可以显著提高花生产量^[15]。张国全等^[16]研究表明养分水平的提高能显著促进鸡冠花生长，提高其花鲜质量、茎叶鲜质量和总生物量。赵华等^[17]研究也发现土壤中施入污泥堆肥后，碱解氮、速效钾和有效磷含量显著增加，极大地促进了凤仙花生长，提高了观赏度。

本研究中，随生物质炭添加量的增加，凤仙花生物量及开花数目呈先上升后下降趋势，通过对基质理化性质进行分析发现，随基质中生物质炭比例的增加，其pH逐渐升高，有效磷含量先上升后下降，但速效钾含量呈下降趋势，说明相对的中性环境和有效磷含量的增加，可能是凤仙花生物量及开花数增加的主要原因。各基质处理铵态氮含量未表现出明显差异，生物质炭与草炭以2:3比例混配时，基质硝态氮含量显著降低，这可能是因为硝、铵态氮易转化损失，而供试材料均为风干样品，在样品风干过程中部分硝、铵态氮转化或损失。单一生物质炭基质有效磷含量与单一草炭基质无显著差异，但当生物质炭与草炭以体积比1:4进行混合后，其有效磷含量较两种单一基质均有显著增加，与生物质炭和草炭以2:3进行混合的处理则无显著差异。这主要是因为生物质炭是一种多孔、比表面积大的材料，对磷有吸附作用^[18-19]。部分被吸附的磷以难溶态存在，可提取性差，但草炭为弱酸性物质，在弱酸性环境中部分难溶态磷可转化为可提取态磷，从而少量生物质炭与草炭混配时，有效磷含量增加。但随生物质炭含量增加，基质pH逐渐升高，难溶态磷向可提取态磷的的转化减少，有效磷含量降低。Chintala等^[20]研究表明，与钙质土壤相比，生物质炭加入酸性土壤后，其对磷的吸附显著降低，这与本研究结果一致。综合各混配处理养分含量来看，生物质炭与草炭以体积比1:4和2:3进行混配时，基质养分含量处于较高水平，满足栽培基质基本条件，对作物生长有促进作用。且从试验结果来看，单一生物质炭基质处理下凤仙花生物量显著高于单一草炭基质处理，这说明纯生物质炭完全可作为凤仙花的栽培基质，维持凤仙花的生长。但在试验过程中，发现单一生物质炭基质下凤仙花发芽率较低，另外考虑到凤仙花为观赏作物，受纯生物质炭基质pH偏高等因素影响，其开花数较少，花色较浅（图 2），故生物质炭完全替代草炭应用于生产可行性尚不足。

此外，生物质炭大多由农业废弃物制备而成，原料来源广泛且成本较低，是一种可再生的新型能源。我国农业废弃物累积量大、再利用率低，在浪费资源的同时对生态环境也存在一定威胁。我国每年作物秸秆产量高达6.5×10⁸ t·a^-1，但由于认识不足、技术落后，仅有1/3左右的秸秆可以被再利用，且存在利用方式粗放、利用效率低等问题^[21]。近年来，关于将作物秸秆、树枝、畜禽粪便等农业废弃物制备成生物质炭的研究备受重视，这不仅解决了农业废弃物利用粗放、闲置严重的问题，同时生物质炭因其孔隙丰富、比表面积大、表面含氧官能团丰富、阳离子交换量大且富含营养元素等特性，被广泛应用于污染土壤、水体修复，土壤改良及农业生产等多个领域，且效果良好。生物质炭应用于作物栽培基质中，也是目前关于生物质炭利用研究的重要方向之一^[22-24]。利用生物质炭部分替代草炭用于基质生产，减少了对草炭能源的过度开采及消耗，同时改善了栽培基质的理化性质，有利于作物生长，对低碳生态、可持续农业的发展具有重要意义。

4 结论

（1）生物质炭混配草炭能够改变土壤pH，改善基质酸碱状况。各基质混配处理铵态氮含量无显著差异，生物质炭占比超过1/4时，基质速效钾含量降低，但添加有生物质炭的基质有效磷含量较单一草炭基质显著提高。

（2）生物质炭混配草炭作为栽培基质，对凤仙花株高和茎粗均有促进作用，生物质炭与草炭混配比例为1:4时，效果最显著。适量生物质炭混配草炭，能够有效延缓叶片失绿，生物质炭与草炭混配比例为1:4时，凤仙花叶片SPAD值最高。生物质炭与草炭以1:4、2:3、3:2的比例进行混配时，能够显著增加凤仙开花数目并能有效延长花期，其中以生物质炭与草炭混配比例2:3时效果最为显著。